Принцип работы магнитного пускателя и его технические характеристики

В статье рассмотрим принцип работы магнитного пускателя и его технические характеристики, разграничим эту группу приборов с контакторами. В статьях Рунета настолько размытые определения, что даже представленная информация уже окажется полезна. Попутно рассмотрим назначение пускателей, объясним, почему в отдельных случаях без них обойтись нельзя. Узнаете массу интересного – не просто перечисление сухих фактов, но одновременно и анализ множества вещей, связанный с темой.

Чем магнитные пускатели отличаются от контакторов

Пускатель магнитный

Интересна терминология: почему используется слово «магнитный». Причина проста – внутри непременно стоит катушка магнитного пускателя, позволяющая выполнить быстрый и безошибочный старт. Причём производится это не движением руки, а при помощи импульса тока, что делает возможным создание дистанционных устройств управления. Везде присутствуют катушки, чем же отличаются контакторы и магнитные пускатели? Рассмотрим вначале причины, вызывающие необходимость в принятии защитных мер:

• Дороговизна

Двигатель считается сложным механизмом, а на практике – вдобавок дорогим. Следовательно, требуется бережно обращаться с оборудованием, чтобы не тратить лишних денег. Налицо первая причина. При традиционном прямом пуске развивается большой крутящий момент, но одновременно резкие толчки не всегда подходят для указанного типа устройств. К примеру, применительно к насосам способен образоваться гидравлический удар, что потенциально приводит к выходу клапанов из строя.

Любой бытовой водонагреватель должен эксплуатироваться бок о бок с защитой от подобных перегрузок. Частично удар способен принять гидроаккумулятор. Но скачки все равно вредят защитной эмали. В результате – трещины, в перспективе – разрушение защитного покрытия. Вредит слишком резкий пуск и двигателю. Отдельные детали быстрее приходят в негодность. Таким образом, магнитный пускатель признаётся необходимым сопровождением для дорогого оборудования.

• Токопотребление и перегрузка

На старте асинхронный двигатель потребляет чрезвычайно большой ток в сети 220 В, ничего не поделаешь. На заводе обычно подобных двигателей в избытке, а лишние помехи по шине питания не нужны. Добавочная веская причина: возможность одновременного запуска нескольких устройств, что в перспективе грозит перегрузкой электропроводки и срабатыванием систем защиты. В части окажутся ложными, но повреждение изоляции кабелей не приветствуется, замена их – долгий и сложный процесс, не говоря уже о цене. Пусковой ток возможно снижать. Рассматриваемый класс устройств это и делает.

Схема магнитного пускателя с реверсивной возможностью

• Многофункциональность

Одновременно магнитные пускатели представляют ряд других функций. К примеру, реверс. При необходимости изменением коммутации обмоток реверсивный магнитный пускатель меняет направление вращения вала на противоположное. Внутри стоит схема предохранения от одновременного включения обеих цепей. В результате магнитный пускатель позволяет выполнить процесс реверса безболезненно. Известны прочие специфические особенности, которые рассмотрим ниже. Избранные модели прекращают питание при исчезновении одной фазы или даже контролируют перекосы напряжения.

Из сказанного понятно, что контактор просто замыкает и размыкает цепь, тогда как магнитные пускатели одновременно выполняют дополнительные функции по защите либо снижению пускового тока. Вывод: контактор территориально входит в состав пускателя и выполняет приблизительно аналогичные функции (не всегда) совместно с другим оборудованием.

Как устроены магнитные пускатели, разновидности

Основной исполнительной частью магнитного пускателя считается контактор. Это катушка с частично подвижным сердечником. За счёт возникающих магнитных полей в нужный момент контактор срабатывает под действием напряжения. В ход идёт магнитная индукция, и чтобы не получилось, как в электрической плитке, сердечник состоит из множества тонких пластин. Используется специальная электротехническая сталь. Этим обеспечивается разбиение объёма сердечника на части. Меж пластинами применяется лаковая изоляция.

В результате вихревые токи по толще материала не наводятся, снижаются потери. Вдобавок к общей части прилагается целый сонм оборудования. Но прежде, нежели описать упомянутую груду, рассмотрим, как проводится запуск электродвигателя, исключающий перегрузку сети.

Перекоммутация типа объединения

Первой методикой станет перекоммутация типа объединения обмоток со звезды на треугольник. Первый используется в период запуска, а второй – когда двигатель разгонится. Эффект снижения пускового тока достигается за счёт изменения напряжения, приложенного к обмоткам. В первом случае это 220 В (разница между фазой и нейтралью), во втором – 380 В (линейное напряжение сети). В результате подобного оборота мощность понижается, что закономерно вызывает меньший пусковой момент, ток пуска падает. Когда вал наберёт обороты, магнитный пускатель перекоммутирует обмотки на треугольник, оборудование выйдет на режим. В этом случае реле внутри два. Причём сконструированных так, чтобы одновременно не замкнуться (этим блокируется возникновение аварийной ситуации на линии). Внешнее питание подходит лишь к реле, отвечающему за включение треугольника.

Изменение питающего напряжения

Часто регулировка пускового тока производится вариациями амплитуды питающего напряжения. Смысл идентичный рассмотренному. Требуется снизить величину питающего напряжения, потом упадёт и мощность. Обмоткам без разницы, за счёт чего происходят изменения. В результате простейшие магнитные пускатели выполняются на потенциометрах, а более сложные включают в состав тиристорные ключи. В первом случае образуется резистивный делитель, на котором падает часть напряжения. Отсюда прибор греется сильнее, зато конструкция предельно простая. Более продвинутые схемы на ключах требуют сложной организации. В литературе их иногда называют полупроводниковыми магнитными пускателями.

Изменение частоты

Принцип действия магнитного пускателя основывается порой на изменении частоты. Подобный метод управления подходит не всем двигателям. Требуется тип с короткозамкнутый ротором. Правда, большая часть оборудования сюда и относится. С уменьшением частоты уменьшением качество захвата полей растёт, скорость вращения вала ниже. В результате достигается нужный эффект – надёжный старт (без срыва) в сочетании с понижением тока. Реализация схемы требует присутствия инвертора. Входное напряжение вначале выпрямляется, а потом снижается частота. В случае сложных электронных инверторов становится возможным постепенно довести параметры до нужного уровня.

Устройство пускателя

Автотрансформатор

Пуск через автотрансформатор часто применяется для снижения начального тока асинхронных двигателей. Обычно процесс проходит ряд этапов, в течение которых последовательно задействуются разные выводы (это причина применения непосредственно автотрансформаторов, в результате вдвое снижается число переключаемых контактов). Напряжение ступенями растёт постепенно, пока оборудование не включается в сеть напрямую.

К приведённым выше способам дадим пояснения. К примеру, как работает магнитный пускатель 380В с повышенным напряжением? Суть в том, что при включении звездой возможно использовать вольтаж приблизительно в корень из трёх раз больший, нежели номинальный. Разумеется, запрещается включать обмотки треугольником. А сделать наоборот – уменьшить питание в корень из трёх раз – не получится, произойдёт падение мощности.

За счёт описанного принципа работают устройства на автотрансформаторах и делители на потенциометрах (реостатах). Рассмотрим управление магнитными пускателями с точки зрения плюсов и минусов:

1. Включение напрямую используется чаще. В этом случае получается наибольший крутящий момент на старте, но одновременно возникает скачок тока, до 10 раз превышающий номинал. Вдобавок оборудование подвергается наибольшему риску перегрузки.
2. Коммутация соединений с звезды на треугольник убирает первый и второй недостатки прямого пуска, но обзаводится другими. Во-первых, на треть падает начальный крутящий момент, во-вторых, невозможно таким образом обеспечить надёжную работу устройств со слишком малой нагрузкой (к примеру, холостой ход небольшого мотора). Сверхток вырастет лавинообразно, и эффект применения устройства нивелируется.
3. Случай с потенциометром характеризуется сходными моментами: возникают скачки тока при смене номинала сопротивлений. Это устранимо, если применяется плавный магнитный пускатель (см. описание прибора, техническую документацию). Остаётся лишь пониженный пусковой крутящий момент.
   

   Современное оборудование

4. Частотный магнитные пускатели, как сказано выше, годятся не для любых типов двигателей. Присутствует пониженный пусковой момент. Регулировка ведётся без резких скачков напряжения. Благодаря высокой стоимости изделия становится возможна плавная подстройка, что устраняет различные скачки и передады.
5. Обмотки автотрансформатора меняют входное напряжение всегда резко. Скачков напряжения не избежать, снижается и пусковой крутящий момент. Среди достоинств появляется возможность резкого уменьшения тока на старте двигателя.

Итак, технические характеристики магнитных пускателей во всех случаях характеризуются недостатками. Но для дорогого оборудования этот тип устройств непременно идёт в паре.

Дополнительные опции магнитных пускателей

Согласно определениям стандартов магнитный пускатель предусматривает конкретную защиту, не единственно перегрев. Классификация по ГОСТ 2491 описывает ряд параметров:

1. Лишённые устройства защиты.
2. Биметаллическое или иное тепловое реле.
3. Схема измерения на позисторе (терморезистор).

Пусть написано, что защиты нет, все-таки производится регуляция тока, уже подразумевая более бережное отношение к питающей сети. Помните, защита может быть внутренней (от перегрева двигателя, как в пускозащитном реле холодильника) либо функциональной (снижение тока для предотвращения срабатывания автоматов или прочих предохранительных устройств).

Надеемся, читателям теперь понятно выражение магнитный пускатель. Изложенная информация поможет понять, как производится старт трёхфазного асинхронного двигателя на 220В. В этом случае менять скорость допустимо лишь подачей нужной амплитуды. По этой же причине коммутирующий магнитный пускатель 220В обычно не применяется. Ему просто нечего контролировать. Обмотки постоянно включены по одинаковой схеме. А вот реверс возможно обеспечить, но это новая история.

Из характеристик отметим количество циклов срабатывания. Эта величина магнитного пускателя напрямую определяет срок жизни прибора в большинстве случаев.